Estudio del Curso Alto del Río Lerma desde una Perspectiva Sustentable *González A. Z. I., Ávila-Pérez P., Tejeda-Vega S., Zarazúa-Ortega G. y LongoriaGándara L. C. Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, *e-mail- zgonzalez@nuclear.inin.mx Resumen La cuenca del río Lerma también conocida como el sistema Lerma-ChapalaSantiago, es sin duda una de las más importantes en la república mexicana. Durante su recorrido recibe un sin número de tributarios que no han sido regulados y que han contribuido a su deterioro y a la pérdida de la biodiversidad. Este trabajo se enfoca en el curso alto del río Lerma (CARL) en donde aproximadamente 2 500 industrias y casi 30 municipios vierten sus aguas residuales. Debido a la concentración de materia orgánica, el contenido de oxígeno disuelto es muy bajo, lo que ha impactado en la vida acuática. Actualmente sólo se identifican especies muy resistentes. En este trabajo además se discuten los resultados de la demanda bioquímica de oxígeno a cinco días en relación con la calidad del agua del río a partir de los criterios propuestos por la Comisión Nacional del Agua y por la NOM-001SEMARNAT-1996. Se incluye también una breve discusión de las concentraciones de metales disueltos (Cu, Cr, Pb y Zn). Se mencionan los impactos positivos sobre el recurso hídrico que genera la vigilancia y el control de los contaminantes de un cuerpo de agua, para la propuesta de tecnologías adecuadas para su remedición y así mismo llegar a alcanzar un desarrollo sustentable. Las alternativas tecnológicas que se proponen para recuperar la calidad de agua son de bajos costos de operación y mantenimiento. 1. Introducción Una de las definiciones más citadas en cuanto a desarrollo sustentable se refiere, a la que da, la comisión de Brundtland, que menciona que el desarrollo sustentable conjuga las necesidades del presente, sin comprometer las capacidades de las futuras generaciones para cubrir sus propias necesidades[1]. La sustentabilidad hace referencia al equilibrio necesario entre aspectos económicos, políticos, culturales, sociales, institucionales y ambientales de la sociedad humana, así como también el ambiente nohumano[2]. Esto responde a una visión multidimensional y sistemática en la que la equidad, la solidaridad intergeneracional y las consideraciones a largo plazo, son elementos primordiales[3]. A pesar que desde 1992, México se ha comprometido a crear nuevas estrategias para el desarrollo sustentable[4]; la aplicación del concepto ha sido difícil de implementar, principalmente por la responsabilidad y el compromiso que deben adquirir las partes participantes; sin embargo, hay asociaciones civiles (MAPDER, Conserva, COMES, etc) y organismos gubernamentales (INE, INEGI, CNA, SEMARNAP, CNDS, etc) que están y han estado en la mejor disposición de impulsar un desarrollo sustentable en diferentes áreas. En el curso alto del río Lerma, se han hecho diversos esfuerzos para alcanzar un desarrollo sustentable del recurso hídrico. Esfuerzos que se comentan en el cuerpo de este trabajo. 2. Área de estudio El sistema Lerma-Chapala-Santiago es una de las cuencas hidrográficas más importantes y más estudiadas de México, además de ser una de las más contaminadas[5]. Ocupa amplias porciones del estado de México, norte de Michoacán, sureste de Querétaro, sur de Guanajuato, este, centro y norte de Jalisco, todo Aguascalientes, sur de Zacatecas, sureste de Durango y noroeste y centro de Nayarit[6] (Figura 1). 2,360 m. Dentro del territorio estatal, la precipitación media es de 707 mm/año y la evaporación media de 2 439 mm/año. Los climas son: templado lluvioso, lluvioso semifrío y frío con temperatura media de 13 ºC. El escurrimiento virgen anual es de 1 103 hm3[6]. La población total que tiene contacto directo con éste curso de agua, ha sido calculada en 2.303 millones de habitantes; de los cuales el 8.05 % es población indígena, localizados en 757 localidades; el resto son 1 073 localidades de áreas rurales y 158 de áreas urbanas[6]. 3. Antecedentes Figura 1. Ubicación de la cuenca Lerma-ChapalaSantiago. El curso alto del Río Lerma (CARL) se desarrolla desde el centro del territorio nacional en el Estado de México, hasta los límites del municipio de Temoaya en donde se localiza la Presa José Antonio Alzate[7] (Figura 2). Figura 2. Ubicación del curso alto del río Lerma. Comprende un área de 5 146 km2 y una longitud de cauce de 177 km. La elevación sobre el nivel del mar en el nacimiento es de 2,570 m y en la salida del Estado de México de Debido principalmente a la minería, desde 1906 se reportaba la muerte de la fauna del Río Lerma y el envenenamiento de suelos y animales que bebían dicha agua. Sin embargo, las empresas continuaron con sus prácticas mineras[8]. Después de la caída de la minería, los obreros se convirtieron en ejidatarios y campesinos, los cuales carecían de conocimientos de una agricultura sustentable y del cuidado de los suelos, causando así un impacto ambiental en dichos lugares[8]. Los primeros estudios hidrogeológicos de la zona del CARL se hicieron en los años 60´s pero estuvieron centrados sólo en la identificación de sitios para la construcción de pozos de abastecimiento para el valle de Toluca y el Distrito Federal[9]. En la década de los 60 se construyó la presa J. Antonio Alzate para la irrigación de la zona y la prevención de inundaciones. Con una capacidad de 35.3 millones de m3, es alimentada y drenada directamente con aguas del río Lerma y se localiza en el límite entre el curso alto y medio de la cuenca[10]. La demanda de agua potable y energía del D. F. hizo necesaria la construcción de un acueducto directo del nacimiento del río Lerma en la Laguna de Almoloya del Río. Este acueducto abastece con 79,000 Kw y 14 m3/s de agua potable al D. F[11]. Desde los años 80, se ha sabido que la calidad del agua del CARL ya no es adecuada para la vida acuática[12]. A principios de los 90 se estimo que la contaminación en esta zona ha provocado la pérdida de plantas hidrófitas emergidas y 2 sumergidas, así como vegetación microscópica y vegetación flotante. La tala desmedida ha causado la pérdida de muchas especies de árboles y ha puesto en peligro otras. La fauna la conformaban conejos, liebres, venados, zorros, gato montés, lobo y coyote. En la zona lacustre, la presencia de moluscos, peces, crustáceos, insectos, anfibios, reptiles y diversas aves migratorias era de importancia, perdiéndose gran parte de ella debido a los asentamientos humanos y la desaparición de ambientes propicios para la vida animal[8]. Los metales disueltos son unos de los contaminantes más importantes en los sistemas acuáticos, ya que siguen mecanismos de precipitación, evaporación, movilización, etc. Lo que puede provocar su bioacumulación en la cadena alimenticia. En el CARL, la presencia de metales como el Cu, Fe, Mn, Pb y Zn en los sedimentos están por arriba de los limites máximos recomendados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (EPA), ya que México no cuenta con una legislación en cuanto a concentraciones de metales pesados en sedimentos dragados de ríos[13]. Al final del curso alto del río Lerma, en la presa Alzate, también se ha reportado el enriquecimiento de sedimentos y agua con metales pesados como el Cu, Cr, Pb, Zn, etc. [14,15] . Si bien, desde 1990 se han invertido 714 millones de dólares en la construcción de plantas de tratamiento en el CARL, los municipios carecen de recursos económicos y humanos para mantenerlas funcionando[16]. Actualmente, 3 plantas de tratamiento están en funcionamiento: La Macroplanta Toluca Norte y Toluca Oriente, así como la planta de tratamiento de aguas industriales Reciclagua. Se estima que estas plantas tratan el 75 % de las aguas residuales del CARL[17], sin embargo, los resultados del monitoreo de calidad del agua, muestran que esto es insuficiente[18]. caracterizadas en época de estiaje y de lluvia en el año 2006. En este trabajo, sólo se comenta la calidad del agua a partir de los muestreos del río. La determinación de DBO5 en agua se realizó en el laboratorio de Investigación e Ingeniería Ambiental del Instituto Tecnológico de Toluca (ITT), mientras que la medición de oxígeno disuelto se realizó “in situ” con un oxímetro portátil. Se determinaron las concentraciones de los metales disueltos en agua en el Laboratorio de Fluorescencia de Rayos X del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ); empleando un espectrómetro de Fluorescencia de Rayos X marca “Ital-Structures” modelo TX 2000, usando la modalidad de reflexión total, empleando un tubo de molibdeno con un tiempo de conteo de 500 s. Para evaluación de la calidad del agua, se tomó en cuenta la clasificación e interpretación de concentración de la DBO5 en cuerpos de aguas que proporciona la subdirección general técnica de la CONAGUA (Comisión Nacional del Agua) y que se presenta en la siguiente tabla. Tabla 1. Calidad del agua, Clasificación CONAGUA. Criterio Menor a 5 mg/L Clasificación Interpretación Excelente No contaminada Entre 5 y 10 mg/L Buena Calidad Entre 10 y 30 mg/L Aceptable Entre 30 y 120 mg/L Contaminada Mayor a 120 mg/L Fuertemente contaminada Bajo contenido de materia orgánica biodegradable. Con indicio de contaminación, capacidad de autodepuración o descargas tratadas biológicamente. Descarga de aguas residuales crudas, principalmente municipales. Descarga de aguas residuales crudas, municipales y no municipales. 4. Descripción del Proyecto Se ha implementado una red de monitoreo, para tener la capacidad de entender mejor los procesos físico-químicos que toman lugar en el CARL. Muestras de agua de 18 tributarios y de 13 sitios localizados a lo largo del río, han sido La cantidad mínima de oxígeno disuelto (OD) requerida para la preservación de la vida acuática es de 5 mg/L. Niveles por debajo de 3 mg/L, dañan a la mayor parte de los organismos 3 acuáticos. Los peces mueren con valores de OD entre 1 y 2 mg/L[19]. 5. Resultados obtenidos En la tabla 2 se presentan los resultados de las concentraciones de DBO5 y OD. Tabla 2. DBO5 y OD en el CARL Sitio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 OD 5.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 0.8 0.8 0.8 0.5 0.8 Marzo 2006 DBO5 calidad 45 C 192 FC 285 FC 149 FC 128 FC 142 FC 101 C 95 C 117 C 79 C 72 C 107 C 75 C OD 10 0.6 nm 0.7 0.5 0.6 0.5 0.3 0.5 nm 1.1 1.7 4.0 Octubre 2006 DBO5 calidad 23 A 67 C 19 A 23 A 59 C 55 C 41 C 34 C 40 C 43 C 36 C 39 C 70 C *Todas las concentraciones de DBO5 y OD están expresadas en mg L-1 y la nomenclatura fue: nm-no medido, E-excelente, B-buena, A–aceptable, C–contaminada y FC-fuertemente contaminada. La concentración de OD en el agua en el trayecto entre la descarga de Tenango (sitio 2) y el sitio anterior al embalse J. A. Alzate (sitio 13), no cumplen con el criterio ecológico de calidad del agua para preservación de la vida acuática (OD> 5 mg/L). Únicamente la laguna de Almoloya (sitio 1) cumple con dicho criterio. Aquí se puede observar que en la época de lluvias la capacidad de reoxigenación del cuerpo de agua se incrementa a partir de Temoaya (sitio 11) y hasta el final del curso Alto (sitio 13), actuando la presa como laguna de oxidación. Los resultados de DBO5 superan el valor de referencia de la laguna de Almoloya del río que es de 45 mg/L y fueron altos en comparación con la concentración encontrada en los ríos Miranda, Pocinho y Crestuma en la Frontera entre Portugal y España, 2.35, 2.44 y 1.30 mg/L respectivamente[20]; dichos ríos se usan como punto de comparación de ríos no contaminados. De acuerdo a la NOM-001-SEMARNAT-1996 para descargas de aguas residuales en aguas y bienes nacionales, las aguas del río en el CARL en el mes de Octubre exceden el criterio para la protección de la vida acuática (DBO5<60 mg/L), excepto en su origen. En el mes de Marzo, Tenango (sitio 2) excede los límites para el uso público urbano (DBO5<150 mg/L) y Mezapa (sitio 3) excede los limites para su uso en el riego (DBO5<200 mg/L). Acorde con los criterios de la CONAGUA (tabla 1), la concentración de DBO5, en la época de estiaje (Marzo), a partir de la descarga de Tenango (sitio 2) y hasta la descarga del Llanito (sitio 6) el río recibe descargas de aguas crudas residuales municipales y no municipales, estando dichas aguas fuertemente contaminadas (FC). El resto recibe principalmente aguas crudas residuales municipales, indicando que el agua esta contaminada (C). En la época de lluvias tres sitios (1, 3 y 4) tienen la capacidad de autodepuración, con una calidad de agua aceptable (A) y el resto del río está contaminado (C), recibiendo principalmente descargas municipales. En cuanto a las concentraciones de metales disueltos (Cr, Cu, Pb y Zn) considerados tóxicos para el consumo humano y el riego[21]; los resultados se presentan en la tabla 3. Tabla 3. Concentraciones de metales disueltos estimados en el CARL y límites permisibles de [22] acuerdo al uso que puede tener el agua . Parámetro Cr Cu Pb Zn Concentración < 10 13 <2 51 máxima Concentración 21 52 6 129 mínima Limite, uso 50 1000 50 5000 urbano Limite, uso 100 200 500 2000 agrícola Limite, 50 50 30 20 protección a la vida acuática * Todas las concentraciones están expresadas en µg/L. En la Tabla 3 se puede observar que las concentraciones de los metales determinados en época de lluvias y estiaje del año 2006, no representan un riesgo para el uso de agua en la agricultura y en el abastecimiento para uso 4 público, sin embargo en el caso del Cu y el Zn, rebasan los parámetros para la protección de la vida acuática. Sin embargo, estudios previos han revelado que las concentraciones de los metales disueltos han enriquecido los sedimentos del río[23], así como los sedimentos de la presa J. A. Alzate[14]. la pérdida del 86 % de zona húmeda del lugar (Figura 5), quedando solamente 300 km2[24]. 6. Lecciones Aprendidas Si se comparan los sucesos del año 1906 con la situación actual, se percibe un avance en el monitoreo de la calidad del agua y las acciones correctivas que se llevan acabo. Sin embargo, aún queda un largo camino por recorrer hasta alcanzar un desarrollo sustentable. En la actualidad, la población aún no tiene una educación ambiental y sigue contaminando los cuerpos de agua (ver Figuras 3 y 4). Figura 5. Humedales en la Laguna de Almoloya del Río. Ésta sobreexplotación también ha causado una disminución en el espejo de agua de los acuíferos de un 1.4 a 3.5 m/año[6]. La construcción de la presa Alzate (Figura 6), si bien es cierto, fue construida con otros propósitos, ha colaborado a la mejoría en la calidad de agua del CARL, debido a que funciona como laguna de estabilización[14]. Figura 3. Residuos sólidos a un lado del Río Lerma Figura 6. Vista satelital de la presa J. A. Alzate Figura 4. Vaca muerta en el Río Lerma El entubamiento de agua para el abastecimiento del Distrito Federal, con un deficiente estudio de impacto ambiental a largo plazo, ha causado La carga orgánica transportada por el río ha contribuido a la contaminación de sedimentos de la presa y a la acumulación de una gran cantidad de material suspendido. Este material proviene tanto de los tributarios, como del suelo erosionado y los deslaves de la zona han provocado la pérdida de capacidad de almacenaje de la presa. La acumulación mensual de sólidos en la presa se ha estimado de 40 000 m3[25]. Cabe señalar que en algunas comunidades, los sedimentos de esta presa son destinados a uso 5 agrícola[26], aunque rebasan los límites máximos permisibles establecidos por la EPA [14, 13, 23] , ya que se carece de normatividad mexicana en esta materia. La cantidad de materia orgánica acumulada y el exceso de nutrientes en la presa; a propiciado la acumulación de lirio acuático, él cual se ha convertido en un problema, haciendo necesaria la instalación de trituradores (Figura 7). Figura 7. Máquina trituradora de lirio acuático a la salida de la presa J. A. Alzate. La implementación de plantas de tratamiento no ha dado resultado, debido a la falta de mantenimiento y personal capacitado. Las normas oficiales mexicanas no incluyen los limites permisibles en el caso de concentraciones de metales para sedimentos dragados y la NOM-001-SEMARNAT-1996 excluye las concentraciones de DQO[27] que representan la concentración de la materia orgánica químicamente degradable, que pudiera ser también un parámetro importante para el control de la calidad del agua. Si bien es cierto, que en general, la calidad del agua es buena para el riego; se ha perdido de vista la protección a la vida acuática, esto quizá se deba a que la zona es principalmente agrícola y ha sido prioridad el cumplimiento de su demanda. Sin embargo, el mal olor y la gran cantidad de carga orgánica, perjudican de alguna manera la calidad de los cultivos. También se ha perdido biodiversidad, zonas de cultivo, paisaje y reservas de agua potable de los acuíferos. Así como también disponibilidad de agua potable superficial y calidad de suelo agrícola debido al riego y/o inundaciones con estas aguas (Figura 9). La calidad del agua en general no es buena para la protección de la vida acuática. Las especies han desaparecido y la contaminación comienza a cobrar estragos, incluso en el nacimiento del río (Figura 8). Las especies que albergaban los húmedales han ido desapareciendo también y el uso de esta agua para actividades agrícolas es restringido en algunas zonas[18]. Figura 9. Inundación de más de 10 mil hectáreas de cultivo con aguas del Río Lerma (06/09/2006). Figura 8. Pez muerto en la Laguna de Almoloya del Río También cabe mencionar que los asentamientos humanos irregulares han afectado al CARL. Provocando la sobreexplotación del suelo para uso agrícola, la erosión del suelo a causa de la tala desmedida, la disposición de desechos sólidos y de solventes provenientes de talleres caseros de zapatos, principalmente en el municipio de San Mateo Atenco, etc[8]. 6 7. Propuestas Se han hecho muchas propuestas, se ha hablado de una cooperación entre la población y el gobierno, en una inversión de millones de dólares para la construcción de plantas de tratamiento. También se han propuesto soluciones como entubar el actual cause del río, abrir uno nuevo y mantenerlo con agua pluvial, así como tratar las aguas de Toluca y Metepec. Esta propuesta en particular, parece ser atractiva a primera vista, es decir, se resolverían los malos olores, se evitarían las inundaciones en época de lluvias y se mejoraría el paisaje. Sin embargo, la cuenca del río Lerma es considerada como pobre, en virtud de que su precipitación media es de 707 mm3 anuales, menor a la media nacional que es de 779 mm3[28]. Además de que el suelo de la zona en su mayoría es impermeable[29,30] y que una disminución en el cauce del río afecta de manera directa a toda la cuenca subsiguiente y a las reservas de los acuíferos. Por lo que, este tipo de propuestas, como cualquier otra, necesita de un análisis minucioso antes de llevarla acabo, de lo contrario se seguirá en los mismos errores, se resolverá un problema y se creará otro quizá aún mayor. Lo que aquí se propone, de acuerdo a la experiencia que se ha tenido con el monitoreo y el estudio de la zona, es el tratamiento individual o común de los tributarios. Y al contrario de lo que se pensaría, es más económico ya que se trataría sólo un problema a la vez y se dejaría que la naturaleza hiciera el resto, no se requeriría mucho mantenimiento, etc. El tipo de tratamiento que se propone para el caso de aguas domésticas es la construcción de húmedales artificiales[31, 32], que ya se esta usando en México[33, 34, 35]. Para el caso de tributarios que llevan metales pesados, el tratamiento propuesto es a través de biofiltración, empleando biomateriales que normalmente son de desecho en la agricultura y que poseen la capacidad de retener metales pesados[36, 37]; está técnica también se ha estado investigando en México y ha demostrado dar buenos resultados[38, 39, 40], aunque aún no se aplica en aguas residuales. En el caso de tributarios que contengan altos niveles de compuestos orgánicos; se propondría un tratamiento de igual facilidad de manejo como es la fotocatálisis, la cual emplea las bondades de la luz solar para la degradación de compuestos orgánicos y que también se ha probado en México[41] Todas estas propuestas son tecnologías que se han probado en el extranjero y se han adaptado en México, siguiendo el concepto de desarrollo sustentable. 8. Desarrollo Sustentable El desarrollo sustentable además de tomar en cuenta el aspecto medio ambiental, también involucra a los sectores sociales, económicos y culturales. En cuanto al aspecto social, la población carece de una educación ambiental adecuada y seguirán contaminando el río, aunque tecnológicamente se haga un esfuerzo por limpiarlo. Es por eso, que se debe hacer un gran esfuerzo, para informar y comprometer a la población a preservar el recurso. La parte cultural abarca a las zonas indígenas que tienen acceso al recurso del agua a lo largo del cauce del sistema Lerma-Chapala-Santiago. Si bien es cierto, las zonas indígenas por tradición tienden a respetar la naturaleza y por consecuencia los recursos naturales, en la actualidad, la marginación y el problema de multiculturalidad de estas zonas, ha hecho que las nuevas generaciones vivan en conflicto y que ya no respeten a la naturaleza como lo solían hacer sus antepasados. Pero al igual que con el resto de la población, se debe hacer un esfuerzo para concientizarlos y hacerlos parte de la solución del problema. El aspecto económico involucra principalmente al gobierno federal, estatal y municipal; los cuales de acuerdo al plan de desarrollo del país tienen destinada una parte de sus recursos financieros a la solución de problemas ambientales, sin embargo, la mala inversión en tecnologías que no funcionaron y la resolución de problemas a corto plazo han frenado la remediación integral del curso alto del río Lerma. Pero con un estudio consciente de las alternativas tecnológicas de bajo costo, bajo 7 mantenimiento y buena eficiencia, se podría llegar a proponer e implementar la mejor de las soluciones para que tanto el aspecto económico, social, cultural y medio ambiental se vean beneficiados, así como las futuras generaciones y principalmente el CARL. 9. Planes Futuros Se planea llevar todas estas propuestas a las autoridades de las zonas afectadas, así como a nivel nacional e internacional, para pedir el apoyo financiero para hacer las investigaciones pertinentes y para la instalación de procesos de remediación adecuados para cada caso. Así como también se planea proponer campañas de concientización ambiental para la población, haciéndoles saber que si el agua del río estuviera limpia, los animales y los cultivos serían de mejor calidad y tendrían una mejor productividad. También se eliminarían los malos olores; paulatinamente se reestablecería la biodiversidad que hace algunas décadas existía y que las futuras generaciones podrían disfrutar de un ambiente limpio y sano el cual prevaleció hace casi ya una generación atrás. 10. Conclusiones - La escasa planeación y la resolución de problemas sin estimar los daños a largo plazo, ha provocado pérdidas de fauna, flora, zonas de cultivo y calidad de vida entre otras. - Las repercusiones de la mala proyección, el crecimiento desmedido de la población y la zona industrial, han causado que la calidad del agua sea únicamente destinada para uso agrícola y con reserva en algunas zonas. - El monitoreo de la calidad del agua, permite conocer e identificar la problemática actual y proponer soluciones adecuadas para frenar el deterioro de los cuerpos de agua. - La falta de recursos financieros y humanos en los municipios a lo largo del CARL han causado que sólo 3 plantas tratadoras funcionen actualmente y esto ha frenado la capacidad del cuerpo de agua para preservar la vida acuática. - La normatividad, en algunos aspectos debería ser revisada, debido a que aunque se cumpla con la norma NOM-001-SEMARNAT-1996, la calidad de agua aún no es satisfactoria para la preservación de la vida acuática. - Es notoria la falta de normas que regulen las concentraciones de metales pesados en sedimentos de dragado, especialmente para su uso agrícola. Y llama la atención que a pesar de que los metales disueltos cumplan con la normatividad mexicana, los sedimentos excedan los limites de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos. - Con todo lo anterior, es primordial la implementación de tecnologías de bajo costo, bajo mantenimiento y alta eficiencia, como lo son: La biofiltración - eliminación de metales disueltos en el agua. La construcción de humedales artificiales - tratamiento de agua doméstica. La fotocatálisis - eliminación de contaminantes orgánicos. Estas tecnologías ayudarían a la mejora en la calidad del agua hasta tener nuevamente la capacidad de preservar la vida acuática. - Para alcanzar un desarrollo sustentable del CARL, también es importante la participación del sector social, cultural y económico del Estado de México y la Republica Mexicana. 11. Referencias [1] Comisión Brundland. 1987. Reporte por nuestro futuro. Estocolmo, Suecia. [2] Hünnemeyer A. J. 1997. 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